第六章 蒸 馏
11、在连续精馏操作中，已知精馏段操作线方程及q 线方程分别为y =0.8x +0.19；y = -0.5x +0.675,试求：（1）进料热状况参数q 及原料液组成x F ；（2）精馏段和提馏段两操作线交点坐标。
解：由q 线方程 y = -0.5x +0.675知
5.01
-=-q q
故q =1/3 又675.01
=--
q x F
故x F =0.675（1-q ）=0.675×（1 -1/3）=0.45 因为精馏段操作线与提馏段操作线交点也是精馏段操作线与q 线的交点，所以
y q = -0.5x q +0.675
y q =0.8x q +0.18 联立求解 x q =0.373 y q =0.489
12、用逐板计算习题10中泡点进料时精馏段所需理论板层数。在该组成范围内平衡关系可近似表达为y =0.46x +0.545
解：由习题10知 x F =0.4 、x D =0.95 、R =2.6
设塔顶为全凝器，故y 1=x D =0.95
由平衡关系 y 1=0.46x 1+0.545=0.95 得 x 1=0.88 由精馏段操作线方程
26.072.06
.395.06.36.2111+=+=+++=
+n n D n n x x R x x R R y 得 y 2=0.72×0.88+0.26=0.89
又 0.46x 2+0.545=0.89 得 x 2=0.75 同理 y 3=0.72×0.75+0.26=0.80 又 0.46x 3+0.545=0.80 得 x 3=0.55
y 3=0.72×0.55+0.26=0.66 又 0.46x 4+0.545=0.66
得 x 4=0.25 ∴ 精馏段理论板层数为3层，第四层为进料板。 13、在常压连续精馏塔中分离苯－甲苯混合液。若原料为饱和液体，其中含苯0.5（摩尔分数，下同），塔顶馏出液组成为0.95，釜液组成为0.06，操作回流比为2.6。试求理论板层数和进料板位置。平衡数据见例6-2表。 解：用图解法求N T 在y-x 相图上找出x W =0.06 、x F =0.50 、x D =0.95 ，对应点为c 、e 、a 。 由回流比R =2.6 得精馏段操作线截距 26.06 .395 .016.295.01==+=+R x D 在图中确定b 点，并连接ab 为精馏段操作线。 已知原料为饱和液体，故q =1 ，q 线为e 点出发的一条垂直线，与精馏段操作线交于d 点，连接cd 为提馏段操作线。绘阶梯数为9，故N T =8（不包括再沸器）。 由图可知第五块为进料板。 14、在常压下用连续精馏塔分离甲醇－水溶液。已知原料液中甲醇含量为0.35（摩尔分数，下同）馏出液及釜液组成分别为0.95和0.05，泡点进料，塔顶为全凝器，塔釜为间接蒸汽加热，操作习题6－13附图 习题6－14附图 回流比为最小回流比的2倍。求（1）理论板层数及进料板位置；（2）从塔顶向下第二块理论板上升的蒸汽组成。平衡数据见习题10。 解： （1）根据第10题的平衡数据作出y-x 图，由图中可知q 线与平衡线交点坐标为 x q =0.35 、y q =0.70 由式（6-36）得 71.035 .025 .035.070.070.095.0min ==--= --= q q q D x y y x R R =2R min =2×0.71=1.42 由精馏段操作线截距 39.042 .295 .01==+R x D 与a 点连接，作出精馏段操作线ab 。 ab 与q 线交于d ，连接cd 即为提馏段操作线。绘出阶梯数为8，故理论板层数为8（包括再沸器），进料板为第6块 （2）图中查得从塔顶第二块板上升的蒸汽组成为0.93 。 15、用简捷法求算习题13中连续精馏塔所需的理论板层数。 解： 由习题13图中读得q 线与平衡线交点坐标为 x q =0.50 y q =0.71 由式（6-36）得 14.150 .071.071 .095.0min =--= --= q q q D x y y x R 吉利兰图中横坐标 40.06 .314 .16.21min =-=+-R R R 由吉利兰图中读得纵坐标32.02 min =+-T T N N N 由例6-2知 αm =2.46 由式（6-34a ） 53.5139 .047.2146.2lg ] 06.094.005.095.0lg[1lg )]1)(1lg[(min ≈=-=-?=---=m W W D D x x x x N α 所以 32.02 5 =+-T T N N 解之N T =8（不包括再沸器） 与习题13结果一致。 16、一常压操作的连续精馏塔中分离某理想溶液，原料液组成为0.4，馏出液组成为0.95（均为轻组分的摩尔分数），操作条件下，物系的相对挥发度α＝2.0，若操作回流比R =1.5R min ，进料热状况参数q =1.5，塔顶为全凝器，试计算塔顶向下第二块理论板上升的气相组成和下降液体的组成。 解： 由相平衡方程式x x x x y +=-+= 12)1(1αα ① 由q 线方程8.035 .04.05.05.111-=-=---= x x q x x q q y F ② 式①②联立求解，得到交点坐标 x q =0.484 、y q =0.652 由式（6-36）得 77.1484 .0652.0652 .095.0min =--= --= q q q D x y y x R R =1.5R min =1.5×1.77=2.66 精馏段操作线方程为 26.073.066 .395.066.366.211+=+=+++= x x R x x R R y D 用逐板计算法： 因塔顶为全凝器，则 y 1=x D =0.95 由平衡线方程 1 1 112x x y += 得x 1=0.905 由精馏段操作线方程 92.026.0905.073.026.073.012=+?=+=x y 由相平衡方程 2 2 212x x y += 得x 2=0.85 17、用常压连续精馏塔分离苯－甲苯混合液。已知原料液流量100kmol/h ，组成为0.40，馏出液及釜液组成分别为0.95和0.03（均为摩尔分数），进料温度为40℃，塔顶全凝器，泡点回流，R =3.0，塔釜为间接蒸汽加热，加热蒸气压力为300kPa （绝压），若忽略热损失，试求：（1）加热蒸汽用量；（2）冷却水用量（设冷却水进出口温差为15℃） 解：由全塔物料衡算 kmol/h 22.4010003 .095.003 .040.0=?--=--= F x x x x D W D W F 查得 x F =0.40时，泡点温度t s =96℃，而进料温度t F =40℃，故为冷进料。 查t s =96℃时苯、甲苯的汽化潜热为 r A =389.4KJ/kg r B =376.8KJ/kg 则r m =0.4×389.4×78+0.6×376.8×92=32950kJ/kmol 查 682 40 96=+℃下 C P A =C P B =1.88kJ/（kg. ℃） 则 C P m =0.4×1.88×78+0.6×1.88×92=162.4kJ/（kmol. ℃） 所以28.132950 32950 )4096(4.162)(=+-?=+-= m m F s Pm r r t t C q 精馏段上升蒸汽量 V =（R +1）D =（3+1）×40.22=160.88kmol/h 提馏段上升蒸汽量 V ‘ =V +（q -1）F =160.88+（1.28-1）×100=188.88kmol/h 塔釜和塔顶分别按纯甲苯和苯计算： （1）查x w =0.03时t s ‘=109.3℃，对应的汽化潜热r B =380kJ/kg 则Q B =V ‘ r B =188.88×380×92=6.6×106kJ/h 又查300kPa （绝压）下饱和水蒸气的汽化潜热r =2168.1kJ/kg ，则塔釜加热蒸汽消耗量 kg/h 1004.31 .2168106.636 ?=?==r Q W B B （2）查x D =0.95时，t s ‘’ =81.2℃ ，对应的汽化潜热r c =400kJ/kg 则Q c =Vr c =160.88×400×78=5.02×106kJ/h 冷却水消耗量 h kg t t C Q W pc c c /1099.715 187.41002.5)(46 12?=??=-= 18、在连续精馏塔中分离苯－甲苯混合液。在全回流条件下测得相邻板上的液相组成分别为0.28、0.41和0.57，试求三层板中较低两层板的液相单板效率。操作条件下苯－甲苯混合液的平均相对挥发度可取2.5。 解：已知x 1=0.57 、x 2=0.41 、x 3=0.28 又全回流时操作线方程为 y 2=x 1 、y 3=x 2 、y 4=x 3 故y 2=0.57 、y 3=0.41 、y 4=0.28 由相平衡方程式 41.0)15.2(15.257.0)15.2(15.2* 3 *3 3* 2 * 2 2=-+= =-+=x x y x x y 得到 35.0* 2=x 22.0*3=x 由式 （6-46） 68.022 .041.028.041.073.035.057.041 .057.0* 32323 * 2 1212=--=--==--=--=x x x x E x x x x E mL mL 19、试计算习题14中精馏塔的塔径和有效高度。已知条件如下： （1）进料量为100kmol/h ； （2）塔釜压力为114kPa ，对应温度为102℃，塔顶为常压，温度为66.2℃，塔釜间接蒸汽加热； （3）全塔效率55％，空塔气速为0.84m/s ，板间距为0.35m 。 解：由习题14得知 x F =0.35 、x D =0.95 、x W =0.05 ，泡点进料，R =1.42 由全塔物料衡算 F =D +W 100=D +W Fx F =Dx D +Wx W 100×0.35=0.95D +0.05W 解之 D =33.3kmol/h V =V ‘ =（R +1）D =（1.42+1）×33.3=80.59kmol/h 因全塔平均温度为 1.842 2 .66102=+℃ 所以平均操作压力为kPa 7.1072 3 .101114=+ m 97.084 .014.3617 .044/s m 617.07 .10727336003.101)1.84273(59.804.2236004.22300 =??= = =???+??==u V D P T VTP V g i g π 圆整为1000mm 由于习题14已求出N T =7 所以N P =N T /E =7/0.55=12.7≈13 Z =（N P -1）H T =（13-1）×0.35=4.2m 20、试计算习题19中冷凝器的热负荷、冷却水的消耗量以及再沸器的热负荷、加热蒸汽的消耗量。已知条件如下： （1）忽略冷凝器热损失，冷却水的进出口温度分别为25℃和35℃； （2）加热蒸汽的压力为232.2kPa ，冷凝液在饱和温度下排出，再沸器的热损失为有效传热量的12％。 解：塔顶可近似按纯甲醇计算，则查塔顶66.2℃下，r A =1130kJ/kg 由式（6-38） Q C =Vr A =80.59×1130×32=2.91×106kJ/h k g /h 1095.6) 2535(187.41091.2)(4612?=-??=-=t t C Q W pc c c 塔釜可近似按水计算，则查塔釜102℃下，r B =2252kJ/kg 由式（6-40） Q B =V ‘ r B +Q L =80.59×18×2252×1.12=3.66×106kJ/h 查加热蒸汽232.2kPa 下，汽化潜热为2191.8kJ/kg ，则 kg/h 16708 .21911066.36 ≈?==h B h r Q W 习题6－21附图 21、在连续精馏塔中分离二硫化碳－四氯化碳混合液。原料液在泡点下进入塔内，其流量为4000kg/h 、组成为0.3（摩尔分数，下同）。馏出液组成为0.95，釜液组成为0.025。操作回流比取最小回流比的1.5倍，操作压强为常压，全塔操作平均温度为61℃，空塔气速为0.8m/s ，塔板间距为0.4m ，全塔效率为50％。试求：（1）实际板层数；（2）两产品质量流量；（3）塔径；（4）塔的有效高度。 解： （1）由y-x 相图中q 线与平衡线的交点坐标为 x q =x F =0.3 ，y q =0.54 则 71.13 .054.054 .095.0min =--= --= q q q D x y y x R R =1.5R min =1.5×1.71=2.57 所以精馏段操作线的截距 266.01 57.295 .01=+=+R x D 在图中作出精馏段操作线和提馏段操作线，见附图。 得出 N T =12-1=11块 N P = N T /E =11/0.5=22块 （2）解法一： 因 M F =0.3×76+0.7×154=130.6kg/kmol F =4000 /130.6=30.63kmol/h 由全塔物料衡算 F =D +W 30.63=D +W Fx F =Dx D +Wx W 30.63×0.3=0.95D +0.025W 解之D =9.11kmol/h W =21.52kmol/h 又 M D =0.95×76+0.05×154=79.9kg/kmol M W =0.025×76+0.975×154=152.05kg/kmol 所以 D =9.11×79.9=727.89kg/h W =21.52×152.05=3272.12kg/h 解法二： 各部分组成以质量分数表示 0125 .0154975.076025.076 025.0904.0154 05.07695.076 95.0175 .0154 7.0763.076 3.0=?+??==?+??==?+??= W D F w w w F =D +W 4000=D +W Fw F =Dw D +Ww W 40000×0.175=0.904D +0.0125W 解之 D=729kg/h W=3271kg/h （3）因为泡点进料，故q =1 V ‘ =V V =（R +1）D =（2.57+1）×9.11=32.52kmol/h /s m 248.0273 3600) 61273(52.324.2236004.22300=?+??== P T VTP V g 由式（6-49） 628.08 .014.3248 .044=??= = u V D g i πm 圆整为700mm 。 （4） 由式（6-47） Z =（N P -1）H T =（22-1）×0.4=8.4m 22、求习题21中冷凝器的热负荷和冷却水的消耗量以及再沸器的热负荷和加热蒸气的消耗量。假设热损失可以忽略。已知条件如下： （1）塔内各处的操作温度为：进料62℃、塔顶47℃、塔釜75℃。回流液和馏出液温度为40℃。 （2）加热蒸气表压强为100kPa ，冷凝水在饱和温度下排出。 （3）冷却水进出口温度分别为25℃和30℃。 解： （1） 塔顶近似按CS 2，因塔顶泡点温度t s =47℃，而回流液和馏出液温度t L =40℃， 查47℃ r A =350kJ/kg 47+40/2=43.5℃下 C P A =0.98kJ/kg Q c =（R +1）D [r A + C P A （t s -t L ）]=（2.57+1）×727.89×[0.98×（47-40）+350] =9.3×105kJ/h kJ/h 104.4) 2530(187.4103.9)(45 12?=-??=-=t t C Q W pc c c （2）塔釜可近似按CCl 4，查75℃下r B =195kJ/kg 又V ‘ =V Q B =V ‘ r B =（2.57+1）×727.89×195=5.07×105 kJ/h 查 饱和水蒸气101.33+100=201.33kPa （绝压）下，r =2205kJ/kg kg/h 103.22205 1007.525 ?=?==r Q W B h 第七章 干燥 1. 常压下湿空气的温度为70℃、相对湿度为10％，试求该湿空气中水汽的分压、湿度、湿比容、比热及焓。 解：%10,70==?C t 查得70℃下水的饱和蒸汽压为31.36kPa 。 ∴ 水汽分压 kPa p p S v 136.336.311.0=?==? 湿度 干气kg kg p p p H v v /020.0136 .33.101136 .3622.0622 .0=-=-= 湿比容 273 27324417730t )H ..(H +?+=ν 干气＝＝kg /m .)...(30021273 70 273020024417730+? ?+ 比热 C kg kJ H c H ???+=干气＝＋＝/048.1020.088.101.188.101.1 焓 H t )H ..(h 2492881011++= 干气＝＋＝kg /kJ ...212302002492700481?? 2. 已知湿空气的（干球）温度为50℃，湿度为0.02kg/kg 干气，试计算下列两种情况下的相对湿度及同温度下容纳水分的最大能力（即饱和湿度），并分析压力对干燥操作的影响。 （1）总压为101.3kPa ；（2）总压为26.7 kPa 。 解：（1）kPa .p 3101=时： 由 v v p p p .H -=622 0 kPa .....H .Hp p v 156302 062203 1010206220=+?=+= ∴ 查得50℃水的饱和蒸汽压为12.34kPa ，则相对湿度 %.%..%p p s v 572510034 121563100=?=?= ? 饱和湿度： 干气kg /kg .....p p p .H S S S 086034 12310134 126220622 0=-?=-= （2）kPa .'p 726=时： kPa .....H .'Hp 'p v 832002062207260206220=+?=+= %.%..%p 'p 's v 74610034 12832 0100=?= ?=? 干气kg /kg .....p 'p p .'H S S S 535034 1272634 126220622 0=-?=-= 由此可知，当操作压力下降时，φ↓，H S ↑，可吸收更多的水分，即减压对干燥有利。 3． 在h-H 图上确定本题附表中空格内的数值。 4. 常压下湿空气的温度为30℃，湿度为0.02kg 水汽/kg 干气，计算其相对湿度。若将此湿空气经预热器加热到120℃时，则此时的相对湿度为多少？ 解：湿空气中水汽分压 156302 062203 1010206220.....H .Hp p v =+?=+= kPa 30℃时水蒸气的饱和蒸汽压 p S =4.247kPa, 则相对湿度 %.%..%p p s v 374100247 41563100=?=?= ? 120℃时水蒸气的饱和蒸汽压 p ’S =198.64kPa, 而湿空气中的水汽分压不变，则相对湿度变为 %.%..%p p s 'v '59110064 198156 3100=?= ?=? 5. 已知在总压101.3kPa 下，湿空气的干球温度为30℃，相对湿度为50％，试求：（1）湿度；（2）露点；（3）焓；（4）将此状态空气加热至120℃所需的热量，已知空气的质量流量为400kg 绝干气/h ；（5）每小时送入预热器的湿空气体积。 解：（1）查得30℃时水的饱和蒸汽压p S =4.247kPa, 水汽分压：kPa p p S v 124.2247.45.0=?==? 湿度 干气水汽/kg kg 01330124 23101124 262206220.....p p p .H v v =-?=-= （2）露点 由kPa p v 124.2=，可查得对应的饱和温度为18oC ，即为露点。 （3）焓 干气 ＝＋＝kg kJ H t H h /2.640133.0249230)0133.088.101.1(2492)88.101.1(???+++= （4）所需热量 kW h kJ t t Lc Q H 35.10/10726.3)30120()0133.088.101.1(400) (4 01=?=-??+?=-= （5）湿空气体积 h /m .)...(t )H ..(Lv V H 35350273 30 273013302441773040027327324417730400=+?+?=++?== 6. 湿物料从含水量20％ (湿基，下同) 干燥至10％时，以1kg 湿物料为基准除去的水份量，为从含水量2％干燥至1％时的多少倍? 解：当湿物料从含水量20%干燥至10%时，相应的干基湿含量分别为 25080 20 1111.w w X ==-= kg/kg 干料 11.090 10 2== X kg/kg 干料 绝干物料量8.0)2.01(1)1(11=-?=-=w G G C kg 除去的水分量 kg X X G W C 112.0)11.025.0(8.0)(211=-?=-= 当湿物料从含水量2%干燥至1%时，相应干基含水量分别为 0204098 2 1.==X kg/kg 干料 0101099 1 2.== X kg/kg 干料 98.0)02.01(1)1(11=-?=-=w G G C kg kg X X G W C 01.0)0101.00204.0(98.0)(212=-?=-= 所以 2.1101 .0112 .021==W W 即第一种情况下除去的水分量是第二种情况下的11.2倍。 7. 在一连续干燥器中，每小时处理湿物料1000kg ，经干燥后物料的含水量由10％降至2％（均为湿基）。以热空气为干燥介质，初始湿度为0.008kg 水汽/ kg 干气，离开干燥器时的湿度为0.05 kg 水汽/ kg 干气。假设干燥过程无物料损失，试求：（1）水分蒸发量；（2）空气消耗量；（3）干燥产品量。 解：（1）干基含水量 111.01 .011 .01111=-=-=w w X kg 水／kg 干料 0204.002 .0102 .01222=-=-= w w X kg 水／kg 干料 绝干物料量 900)1.01(1000)1(11=-?=-=w G G C kg 干料/h 则水分蒸发量 5.81)204.0111.0(900)(21=-?=-=X X G W C kg/h (2) 绝干空气消耗量 1940008 .005.05 .8112=-=-= H H W L kg/h 新鲜空气用量 1956)008.01(1940)1(0'=+?=+=H L L kg/h (3) 干燥产品量 4.91802 .01900 122=-=-= w G G C kg /h 或 5.9185.81100012=-=-=W G G kg /h 8. 温度t 0＝20℃、湿度H 0＝0.01kg 水汽／kg 干气的常压新鲜空气在预热器被加热到t 1＝75℃后，送入干燥器内干燥某种湿物料。测得空气离开干燥器时温度t 2＝40℃、湿度H 2 ＝0.024kg 水汽／kg 干气。新鲜空气的消耗量为2000kg ／h 。湿物料温度θ1＝20℃、含水量w １＝2.5％，干燥产品的温度θ2＝35℃、w 2＝0.5％(均为湿基)。湿物料平均比热c M ＝2.89kJ ／(kg 绝干料·℃)。忽略预热器的热损失，干燥器的热损失为1.3kW 。试求： (1) 蒸发水分量； (2) 干燥产品量； (3) 干燥系统消耗的总热量； (4) 干燥系统的热效率。 解：(1) 绝干空气量 198001 .012000 10'=+=+= H L L kg 干气/h 水分蒸发量 72.27)01.0024.0(1980)(02=-?=-=H H L W kg/h (2) 干基含水量 0256.0025 .01025 .01111=-=-=w w X kg 水／kg 干料 005.0005 .01005 .01222≈-=-= w w X kg 水／kg 干料 绝干物料量 1346005 .00256.072 .2721=-=-= X X W G C kg 干料/h 则干燥产品量 1353005 .011346 122=-=-= w G G C kg /h (3) 干燥系统消耗的总热量 L M C Q c G t W t t L Q +-+++-=)()88.12492()(01.1122202θθ 36003.1)2035(89.21346)4088.12492(72.27)2040(198001.1?+-??+?+?+-??= kW .h /kJ .4481074215=?= (5) 干燥系统的热效率 若忽略湿物料中水分带入系统中的焓，则 %9.40%10010742.1) 4088.12492(72.27%100)88.12492(5 2=???+?=?+= Q t W η 9. 湿度为 0.018kg 水汽/kg 干气的湿空气在预热器中加热到128℃后进入常压等焓干燥器中，离开干燥器时空气的温度为49℃，求废气离开干燥器时的露点温度。 解：进入干燥器前 5.178018.02492128)018.088.101.1(2492)88.101.1(1111=?+??+=++=H t H h kJ/kg ∵等焓 ∴ h 1 =h 2 即 5.178249249)88.101.1(2492)88.101.1(222222=+?+=++=H H H t H h 解得 H 2 = 0.0499 kg 水汽/kg 干气 其中水汽分压 52.70499 .0622.03.1010499.0622.022=+?=+= H p H p v kPa 即为露点温度下得饱和蒸汽压，查饱和蒸汽压表，得 t d = 40.3℃ 10. 用热空气干燥某种湿物料，新鲜空气的温度t 0＝20℃、湿度H 0＝0.006kg 水汽／kg 干气，为保证干燥产品质量，空气在干燥器内的温度不能高于90℃，为此，空气在预热器内加热到90℃后送入干燥器，当空气在干燥器内温度降至60℃时，再用中间加热器将空气加热至90℃，空气离开干燥器时温度降至t 2＝60℃，假设两段干燥过程均可视为等焓过程，试求： （1）在湿空气h-Ｈ图上定性表示出空气经过干燥系统的整个过程； （2）汽化每千克水分所需的新鲜空气量。 解：空气状态变化过程如图所示。 20 6090 A ：干气kg /kg .H ,C t A A 006020=?= 由 11C B h h = 1124926088101100602492900060881011C C H H ......+?+=?+??+）（）（ 得 干气kg /kg .H C 017801= 也即 干气kg kg H B /0178.02= 又 C B h h =2 C C H H 24926088.101.10178.024********.088.101.1+?+=?+??+）（）（ 得 干气kg /kg .H C 02980= 故汽化1kg 水所需干空气用量 水kg /kg ...H H l A C 0242006 0029801 1=-=-= 新鲜空气用量 水kg /kg ...)H (l l A '342006102421=?=+= 11. 常压下干球温度为20℃、湿球温度为16℃的空气，经过预热器温度升高到50℃后送至干燥器。空气在干燥器中的变化为等焓过程，离开时温度为32℃。求： （1）空气在预热前、预热后以及干燥后的状态参数（湿度及焓）； （2）200m 3原湿空气经干燥器后所获得的水分量。 解：（1）湿空气预热前： 由t 0=20℃和t W0=16℃，由湿度图查得其湿度H 0=0.009kg/kg 干气， 焓 0.43009.0249220)009.088.101.1(2492)88.101.1(0000=?+??+=++=H t H h kJ/kg 干气 预热后： t 1=50℃，湿度不变，即H 1=0.009kg/kg 干气， 焓 kJ/kg 干气 干燥后： 温度为t 2=32℃， 因干燥器中为等焓过程，故8.7312==h h kJ/kg 干气 由8.73249232)88.101.1(2492)88.101.1(222222=+?+=++=H H H t H h kJ/kg 干气 得 H 2＝0.0163 kg/kg 干气 （2）原湿空气的比容 842.027320273)009.0244.1773.0(273273) 244.1773.0(00=+?+=++=t H v H m 3 湿气/kg 干气 绝干空气质量 5.237842 .0200=== H v V L kg 干气 则在干燥器中获得的水分量 73.1)009.00163.0(5.237)(12=-?=-=H H L W kg 12．常压下，已知25℃时氧化锌物料的气固两相水分的平衡关系，其中当φ＝100%,Ｘ＊ ＝0.02kg 水／kg 干料；当φ＝40％时，Ｘ＊ ＝0.007kg 水／kg 干料。设氧化锌的初始含水量为0.25kg 水／kg 干料，若与t ＝25℃，φ＝40％的恒定状态的空气长时间接触。试求： (1) 该物料的平衡含水量和自由水分含量。 (2) 该物料的结合水分含量和非结合水分含量。 解：（1）t ＝25℃，φ＝40％时， 平衡含水量 Ｘ＊ ＝0.007kg 水／kg 干料， 自由水分含量 X-Ｘ＊ ＝0.25-0.007＝0.243 kg 水／kg 干料； （2）φ＝100%时的平衡含水量即为结合水分含量，即 结合水分含量 Ｘ ＊ φ＝100%＝0.02kg 水／kg 干料， 非结合水分含量X-Ｘ＊ φ＝100% ＝0.25-0.02＝0.23 kg 水／kg 干料。 13．用热空气在厢式干燥器中将10kg 的湿物料从20％干燥至2％（均为湿基），物料的干燥表面积为0.8m 2。已测得恒速阶段的干燥速率为1.8kg/m 2?h ，物料的临界含水量为0.08kg 水/kg 干料，平衡含水量为0.004 kg 水/kg 干料，且降速阶段的干燥速率曲线为直线，试求干燥时间。 解：绝干物料量 8)20.01(10)1(11=-?=-=w G G C kg 干基含水量 25.02 .012 .01111=-=-= w w X kg 水/kg 干料 0204.002 .0102 .01222=-=-= w w X kg 水/kg 干料 干燥时间 h X X X X A U X X G A U X X G C C C C C C C 59.1004.00204.00004 08.0ln )004.008.0()08.025.0[(8.08.18ln )()(* 2* *121=---+-??= ---+-=+=τττ 14．某湿物料在恒定的空气条件下进行干燥，物料的初始含水量为15％，干燥4小时后含水量降为8％，已知在此条件下物料的平衡含水量为1％，临界含水量为6％(皆为湿基)，设降速阶段的干燥曲线为直线，试求将物料继续干燥至含水量2％所需的干燥时间。 解：物料初始干基含水量 176.015 .0115 .01111=-=-= w w X kg 水/kg 干料 干燥4小时，物料的干基含水量 087.008 .0108 .01222=-=-= w w X kg 水/kg 干料 物料的平衡含水量（干基） 0101.001 .0101 .01* ** =-= -= w w X kg 水/kg 干料 物料的临界含水量（干基） 0638.006 .0106 .01=-=-= c c c w w X kg 水/kg 干料 物料的最终含水量（干基）为 0204.002.0102 .012 '2'2 '=-= -= w w X kg 水/kg 干料 因X 2＞X C ，故整个4小时全部是恒速干燥， A U X X G C C ) (211-= τ 即 A U G C C ) 087.0176.0(4-= 解得 94.44=A U G C C 当0204.0' 2 =X kg 水/kg 干料时，包含恒速、降速两个阶段。 * 2'* *121ln )()(X X X X A U X X G A U X X G C C C C C C C ---+-=+=τττ h 02.9]0101 .00204.00101 .00638.0ln )0101.00638.0(0638.0176.0[65.35=---+-?=τ 尚需干燥时间 h 02.5402.9=-=?τ 第八章萃取 1.25℃时醋酸(A)–庚醇-3(B)–水(S)的平衡数据如本题附表所示。 醋酸(A)–庚醇-3(B)–水(S) 在25℃下的平衡数据（质量%） 醋酸(A) 3-庚醇(B) 水(S) 醋酸(A) 3-庚醇(B) 水(S) 96.4 3.6 48.5 12.8 38.7 3.5 93.0 3.5 47.5 7.5 45.0 8.6 87.2 4.2 42.7 3.7 53.6 19.3 74.3 6.4 36.7 1.9 61.4 24.4 67.5 7.9 29.3 1.1 69.6 30.7 58.6 10.7 24.5 0.9 74.6 41.4 39.3 19.3 19.6 0.7 79.7 45.8 26.7 27.5 14.9 0.6 84.5 46.5 24.1 29.4 7.1 0.5 92.4 47.5 20.4 32.1 0.0 0.4 99.6 联结线数据(醋酸的质量分数) 水层3-庚醇层水层3-庚醇层 6.4 5.3 38.2 26.8 13.7 10.6 42.1 30.5 19.8 14.8 44.1 32.6 26.7 19.2 48.1 37.9 33.6 23.7 47.6 44.9 （1）在等腰直角三角形坐标图上绘出溶解度曲线及辅助曲线，在直角坐标图上绘出分配曲线。（2）确定由100kg醋酸、100kg 3-庚醇和200kg水组成的混合液的物系点的位置，该混合液是否处于两相区，若是则确定两相的量和组成。(3) 上述两液层的分配系数k A及选择性系数β？ (（1）图略，（2）混合点处于两相区，两相组成为：水层(w EA=0.27, w EB =0.01, w ES =0.72), 庚醇层(w RA =0.2, w RB =0.74, w RS =0.06; （3）k A=1.35, β=100) 解：(1) 三角形溶解度曲线及直角坐标分配曲线见附图 第五章 蒸馏 一、选择与填空 1、精馏操作的依据是 混合液中各组分挥发度的差异 。实现精馏操作的必要条件是 塔顶液相回流 和 塔底上升蒸汽 。 2、汽液两相呈平衡状态时，汽液两相温度_相同_，但液相组成_小于_汽相组成。 3、用相对挥发度α表达的汽液平衡方程可写为1(1)x y x αα= +-。根据α的大小，可用 来 判定用蒸馏方法分离的难易程度 ，若α=1则表示 不能用普通的蒸馏方法分离该混合液 。 4、在精馏操作中，若降低操作压强，则溶液的相对挥发度 增加 ，塔顶温度 降低 ，塔釜温度 降低 ，从平衡角度分析对该分离过程 有利 。 5、某二元物系，相对挥发度α=3，在全回流条件下进行精馏操作，对第n 、n+1两层理论板，已知 y n =0.4，则 y n+1=_0.182_。全回流通常适用于 开工阶段 或 实验研究 。 6、精馏和蒸馏的区别在于 精馏必须引入回流；平衡蒸馏和简单蒸馏的主要区别在于前者为连续的稳态过程而后者是间歇的非稳态过程 。 7、精馏塔的塔顶温度总是低于塔底温度，其原因是 塔底压强高 和 塔底难挥发组分含量高 。 8、在总压为101.33kPa 、温度为85℃下，苯和甲苯的饱和蒸汽压分别为p A 0 =116.9kPa,p B 0 =46 kPa ，则相对挥发度α= 2.54，平衡时液相组成x A = 0.78 ，气相组成y A = 0.90 。 9、某精馏塔的精馏段操作线方程为y=0.72x+0.275，则该精馏塔的操作回流比为_2.371_，馏出液组成为_0.982_。 10、最小回流比的定义是 在特定分离任务下理论板数为无限多时的回流比 ，适宜回流比通常取 1.1~2.0 R min 11、精馏塔进料可能有 5 种不同的热状况，当进料为气液混合物且气液摩尔比为2:3时，则进料热状况q 值为 0.6 。 注：23() 550.6V V L V F V L V L I I I I I q I I I I -+-===-- 12、在塔的精馏段测得 x D =0.96、x 2=0.45、x 3=0.40（均为摩尔分率），已知R=3 ，α=2.5，则第三层塔板的气相默弗里效率 E MV _44.1%_。 注：1 * 1 n n MV n n y y E y y ++-= - 13、在精馏塔设计中，若F 、x F 、q 、D 保持不变，若增加回流比R ，则x D 增加, x W 减小 ,V 增加,L/V 增加 。 14、在精馏塔设计中，若F 、x F 、x D 、x W 及R 一定，进料由原来的饱和蒸气改为饱和液体，则所需理论板数N T 减小 。精馏段上升蒸气量V 不变 、下降液体量L 不变 ； 第一章流 1. 2. 3. 流体静力学基本方程：p2= p0?「gh 双液位u型压差计的指示：p1 - p2 =Rg(「- J)) 1 2 p 2 u2 1 2 p1 伯努力方程：吧?产1 = ^z2g 4. 实际流体机械能衡算方程：z1 g 1 2 -u1 2 p 1 yg P 2a P2W 5. 雷诺数：R^^^^64 6. 范宁公式：Wf「: u2_32Tu 2 一廿 ? ：Pf -p~ 7. 哈根-泊谡叶方程：厶P f 32血d2 8. 局部阻力计算：流道突然扩大: 2 A1 ——流产突然缩小: A2 -=0.5 1 A1 一I A2 XvA XvB __ +___ + 「 9.混合液体密度的计算： Kg/m 3,x--液体混合物中各组分的质量分数。 10。表压强=绝对压强-大气压强 X wn + '冷 P液体混合物中个组分得密度, 真空度=大气压强-绝对压强 11.体积流量和质量流量的关系: 整个管横截面上的平均流速: 3 W s=v s P m /s kg/s .1 =Vs A A--与流动方向垂直管道的横截面积, 流量与流速的关系： W s G - 质量流量：A 2 的单位为：kg/(m .s) 12. 一般圆形管道内径: ' 4 v s 13.管 )2A2‘2 二....-A =常数 表示在定态流动系统中，流体流经各截面的质量流量不变，而流速 密度p而变化。 u随管道截面积A及流体的 ..一.du 14. 牛顿黏性定律表达式：.一 jy 卩为液体的黏度 1Pa.s=1000cP 15平板上边界层的厚度可用下式进行评估： 19.r H 水力半径的定义是流体在管道里的流通截面 形管子d=4r H 20对于流体流经直径不变的管路时，如果把局部阻力都按照当量长度的概念来表示，则管路的 _ 2 ~hf _ ■ l 丄 l e U 总能量损失为：—h f d 2 h f 的单位J/kg ,A1 -、'2A 2=...=.4 = 常数 体积流量一定时流速与管径的平方成反比： 鳥 2 对于滞留边界层 4.64 0.5 Re x d_ 湍流边界层 x 式中Re x 为以距平板前缘距离 x 作为几何尺寸的雷诺数，即 0.376 0.2 Re x Da _usxp 16对于滞留流动，稳定段长度 x 。与圆管直径d 及雷诺数 式中 Re 二蛰,u 为管截面的平均流速。 Re 的关系: ZE 17.流体在光滑管中做湍流流动，滞留内层厚度可用下式估算，即: 二 b d' 61.5 式中系数在不同的文献中会有所不同，主要是因公式推导过程中, 中心最大流速U m ax 的比值不同而引起的。当 7 Re 8 所假设截面平均流速 u 与管 = 0.81时，系数为61.5. max 18.湍流时，在不同的 Re 值 范围内，对不同的管材， 入的表达式不相同： 光滑管： A :柏拉修斯公式: '=0.3164 适用范围 Re=3000~100000 Re B:顾毓珍等公式: ■ =0.0056 - °.500 适用范围 Re=3000~1*10A 6 Re . 粗糙管 A:柯尔不鲁克公式: d d 1 - -2lg d 1.14—2lg(1 9.35 — )上式适用于 ’：：°.°0 5 Re 「 Re 「 B :尼库拉则与卡门公式: —L =2lg d - 1.14 上式适用于 0.005 ￡ Re J 扎 A 与润湿边长n 之比，即；宀 A I 丨对于圆 对于不可压缩流体的连续性方程: 1．（20分）有立式列管式换热器，其规格如下：管数30根、管长 3 m、管径由25×2.5 mm，为单管程。今拟采用此换热器冷凝冷却CS2 饱和蒸汽，从饱和温度46℃冷却到10℃，CS2 走管外，其流量为250 kg／h，其冷凝潜热为356 kJ/kg，液体CS2的比热为 1.05 kJ ／（kg·℃ ）；水走管内与CS2成总体逆流流动，冷却水进出口温度分别为5℃和30℃。已知CS2 冷凝和冷却时传热系数（以外表面积为基准）分别为K1= 232.6和K2= l16.8 W/（m2·℃），问此换热器是否适用? 1.解：CS2冷凝的热负荷：Q冷凝＝250×356＝89000kJ/h＝24.72 KW CS2冷却的热负荷：Q 冷凝＝250×1.05×（46－10）＝9450kJ/h ＝2.6 KW 总热负荷Q 为：Q＝24.7＋2.63＝27.3 KW 冷却水用量q m2 为：q m2＝27.3 ＝0.261kg/s＝940kg/h 4.187×（30-5） 设冷却水进入冷却段的温度为t k，则有：0.261×4.187×（t k－ 5）＝2.6KW 解之得：t k＝7.38℃，则：（5 分） 冷凝段对数平均温差：Δ t m＝（46－30）－（46－7.38） ＝25.67℃ ln46 －30 46－7.38 所需传热面积： A 冷凝＝24.7/232.6×10－3×25.67＝ 4.14m2，（5 分） 冷却段对数平均温差：Δ tm＝（46－7.38）－（10－5）＝ 16.45℃ ln 46－7.38 （5 分）10－5 所需传热面积： A 冷却＝ 2.6/116.8×10－3×16.45＝ 1.35m2， 冷凝、冷却共需传热面积：Σ A i＝4.14＋ 1.35＝5.49m2， 换热器实际传热面积为：A0＝30×3.14×0.025×3＝7.065＞ΣA i ，所以适宜使用。（5分） ２．（20 分）某列管换热器由多根Φ 25×2.5mm的钢管组成，将流量为15×103kg/h 由20℃加热到55℃, 苯在管中的流速为0.5m/s ，加热剂为130℃的饱和水蒸汽在管外冷凝，其汽化潜热为2178kJ/kg ，苯的比热容cp为1.76 kJ/kg ·K,密度ρ 为858kg/m3，粘度μ为0.52 ×10-3Pa·s，导热系数λ为0.148 W/m·K，热损失、管壁热阻及污垢热阻均忽略不计，蒸汽冷凝时的对流传热系数α 为10×104 W/m2·K。试求： （1）水蒸汽用量（kg/h ）；（4分） （2）总传热系数K（以管外表面积为准）；（7 分） （3）换热器所需管子根数n及单根管子长度L。（9 分） 化工原理第二版夏清，贾绍义课后习题解答（夏清、贾绍义主编.化工原理第二版（下册）.天津 大学出版）社,2011.8.） 第1章蒸馏 1.已知含苯0.5（摩尔分率）的苯-甲苯混合液，若外压为99kPa，试求该溶液的饱和温度。苯和甲苯的饱和蒸汽压数据见例1-1附表。 t（℃） 80.1 85 90 95 100 105 x 0.962 0.748 0.552 0.386 0.236 0.11 解：利用拉乌尔定律计算气液平衡数据 查例1-1附表可的得到不同温度下纯组分苯和甲苯的饱和蒸汽压P B *，P A *，由 于总压 P = 99kPa，则由x = (P-P B *)/(P A *-P B *)可得出液相组成，这样就可以得到一 组绘平衡t-x图数据。 以t = 80.1℃为例 x =（99-40）/（101.33-40）= 0.962 同理得到其他温度下液相组成如下表 根据表中数据绘出饱和液体线即泡点线 由图可得出当x = 0.5时，相应的温度为92℃ 2.正戊烷（C 5H 12 ）和正己烷（C 6 H 14 ）的饱和蒸汽压数据列于本题附表，试求P = 13.3kPa下该溶液的平衡数据。 温度C 5H 12 223.1 233.0 244.0 251.0 260.6 275.1 291.7 309.3 K C 6H 14 248.2 259.1 276.9 279.0 289.0 304.8 322.8 341.9 饱和蒸汽压(kPa) 1.3 2.6 5.3 8.0 13.3 26.6 53.2 101.3 解：根据附表数据得出相同温度下C 5H 12 （A）和C 6 H 14 （B）的饱和蒸汽压 以t = 248.2℃时为例，当t = 248.2℃时 P B * = 1.3kPa 查得P A *= 6.843kPa 得到其他温度下A?B的饱和蒸汽压如下表 t(℃) 248 251 259.1 260.6 275.1 276.9 279 289 291.7 304.8 309.3 P A *(kPa) 6.843 8.00012.472 13.30026.600 29.484 33.42548.873 53.200 89.000101.300 P B *(kPa) 1.300 1.634 2.600 2.826 5.027 5.300 8.000 13.300 15.694 26.600 33.250 利用拉乌尔定律计算平衡数据 平衡液相组成以260.6℃时为例 当t= 260.6℃时 x = (P-P B *)/(P A *-P B *) =（13.3-2.826）/（13.3-2.826）= 1 平衡气相组成以260.6℃为例 当t= 260.6℃时 y = P A *x/P = 13.3×1/13.3 = 1 同理得出其他温度下平衡气液相组成列表如下 t(℃) 260.6 275.1 276.9 279 289 x 1 0.3835 0.3308 0.0285 0 y 1 0.767 0.733 0.524 0 根据平衡数据绘出t-x-y曲线 3.利用习题2的数据，计算：⑴相对挥发度；⑵在平均相对挥发度下的x-y数据，并与习题2 的结果相比较。 化工原理公式总结 IMB standardization office【IMB 5AB- IMBK 08- IMB 2C】 第一章 流体流动与输送机械 1. 流体静力学基本方程：gh p p ρ+=02 2. 双液位U 型压差计的指示:)21(21ρρ-=-Rg p p ) 3. 伯努力方程：ρ ρ2 22212112121p u g z p u g z + +=++ 4. 实际流体机械能衡算方程：f W p u g z p u g z ∑+++=++ρ ρ2 22 212112121+ 5. 雷诺数：λ μ ρ64 Re = =du 6. 范宁公式：ρρμλf p d lu u d l Wf ?==??=2 2322 7. 哈根-泊谡叶方程：2 32d lu p f μ=? 8. 局部阻力计算：流道突然扩大：2211??? ??-=A A ξ流产突然缩小：??? ? ? -=2115.0A A ξ 9. 混合液体密度的计算：n wn B wB A wA m x x x ρρρρ+ ++=....1ρ液体混合物中个组分得密度， 10. Kg/m 3,x--液体混合物中各组分的质量分数。 10。表压强=绝对压强-大气压强真空度=大气压强-绝对压强 11. 体积流量和质量流量的关系：w s =v s ρm 3/skg/s 整个管横截面上的平均流速： A Vs = μA--与流动方向垂直管道的横截面积，m 2 流量与流速的关系： 质量流量：μρ ===A v A w G s s G 的单位为：kg/ 12. 一般圆形管道内径：πμs v d 4= 13. 管内定态流动的连续性方程： 常数 =====ρμρμρμA A A s w (222111) 表示在定态流动系统中，流体流经各截面的质量流量不变，而流速u 随管道截面积A 及流体的密度ρ而变化。 对于不可压缩流体的连续性方程： 常数=====A A A s v μμμ (2211) 体积流量一定时流速与管径的平方成反比：() 2 2 121d d = μμ 14.牛顿黏性定律表达式：dy du μ τ=μ为液体的黏度=1000cP 15平板上边界层的厚度可用下式进行评估： 中南大学考试试卷(A) 2013 ~ 2014 学年2 学期时间110分钟化工原理课程48 学时 3 学分考试形式: 闭卷 专业年级:化工?制药?应化11级总分100分，占总评成绩70 % 一、选择填空(35分) 1?(2分) 某离心泵入口处真空表的读数为 200mmHg ，当地大气压为101kPa，则泵入口处的绝对压强为( )? A. 74.3kPa; B. 101kPa; C. 127.6kPa? 2?(2分) 水在圆形直管中作滞流流动，流速不变，若管子直径增大一倍，则阻力损失为原来的( )? A. 1/4; B. 1/2; C. 2倍? 3?(4分) 当地大气压为750mmHg时，测得某体系的表压为100mmHg，则该体系的绝对压强为Pa，真空度为Pa? 4?(2分) 一球形石英颗粒，分别在空气和水中按斯托克斯定律沉降，若系统温度升高，则其在水中的沉降速度将，在空气中的沉降速度将? 5?(5分) 套管由Φ57×2.5mm和Φ25×2.5mm的钢管组成，则环隙的流通截面积等于，润湿周边等于，当量直径等于? 6?(2分) 板框压滤机中，最终的过滤速率是洗涤速率的( )? A.一倍 B.一半 C.四倍 D.四分之一 7?(4分) 冷热水通过间壁换热器换热，热水进口温度为90o C，出口温度为50o C，冷水进口温度为15o C，出口温度为53o C，冷热水的流量相同，且假定冷热水的物性为相同，则热损失占传热量的( )? A?5%; B?6%; C?7%; D?8%; 8?(2分) 为了减少室外设备的热损失，保温层外所包的一层金属皮应该是( ) A?表面光滑，颜色较浅; B?表面粗糙，颜色较深; C?表面粗糙，颜色较浅; D?表面光滑，颜色较深; 9?(4分) 黑体的表面温度从300℃升至600℃，其辐射能力增大到原来的倍?10?(1分) 采用多效蒸发的目的是为了提高( )? A. 完成液的浓度; B. 加热蒸汽经济程度; C. 生产能力 11、(1分) 多效蒸发中，蒸汽消耗量的减少是通过增加( )而换取的? A. 传热面积; B. 加热蒸汽压力; C. 传热系数 12?(1分) ( )加料的多效蒸发流程的缺点是料液粘度沿流动方向逐效增大，致使后效的传热系数降低? A. 并流; B. 逆流; C. 平流 13?(1分) 离心泵的调节阀( ) ， A.只能安在进口管路; B.只能安在出口管路上; C.安装在进口管路和出口管路上均可; D.只能安在旁路上 14?(1分) 泵的工作点( )? A 由泵铭牌上的流量和扬程所决定; B 即泵的最大效率所对应的点; C 由泵的特性曲线所决定; D 是泵的特性曲线与管路特性曲线的交点?15?(3分) 在旋风分离器中，某球形颗粒的旋转半径为0.4 m，切向速度为15 m/s ?当颗粒与流体的相对运动属层流时，其分离因数K c为? 参见附图：j06a107.t j06a10013 用不含溶质的吸收剂吸收某气体混合物中的可溶组分A ，在操作条件下，相平衡关系 为Y=mX 。试证明：(L/V )min ＝m ?，式中?为溶质A 的吸收率。 j06a10103 一逆流操作的常压填料吸收塔，用清水吸收混合气中的溶质A ，入塔气体中含A 1%(摩尔比)，经吸收后溶质A 被回收了80%，此时水的用量为最小用量的1.5倍，平衡线的斜率为1，气相总传质单元高度为1m ，试求填料层所需高度。 j06a10104 在常压逆流操作的填料吸收塔中用清水吸收空气中某溶质A ，进塔气体中溶质A 的含量为8%（体积%），吸收率为98%，操作条件下的平衡关系为y =2.5x ，取吸收剂用量为最小用量的1.2倍，试求： ① 水溶液的出塔浓度； ② 若气相总传质单元高度为0.6 m ，现有一填料层高为6m 的塔，问该塔是否合用？ 注：计算中可用摩尔分率代替摩尔比，用混合气体量代替惰性气体量，用溶液量代替溶剂量。 j06a10105 在 20℃和 760 mmHg ，用清水逆流吸收空气混合气中的氨。混合气中氨的分压为10mmHg ，经吸收后氨的分压下降到0.051 mmHg 。混合气体的处理量为1020kg/h ，其平均分子量为28.8，操作条件下的平衡关系为y =0.755x 。 若吸收剂用量是最小用量的5 倍，求吸收剂的用量和气相总传质单元数。 j06a10106 在常压逆流操作的填料塔内，用纯溶剂S 吸收混合气体中的可溶组分A 。入塔气体中A 的摩尔分率为0.03，要求吸收率为95%。已知操作条件下的解吸因数为0.8，物系服从亨利定律，与入塔气体成平衡的液相浓度为0.03(摩尔分率)。试计算： ① 操作液气比为最小液气比的倍数； ② 出塔液体的浓度； ③ 完成上述分离任务所需的气相总传质单元数N OG 。 j06a10107 某厂有一填料层高为 3m 的吸收塔，用水洗去尾气中的公害组分A 。测 得浓度数据如图，相平衡关系为y =1.15x 。 试求：该操作条件下，气相总传质单元高度H OG 为多少m ？ j06a10108 总压100kN/m 2，30℃时用水吸收氨，已知 k G =3.84?k L =1.83?10-4kmol/[m 2·s(kmol/m 3)]，且知x =0.05时与之平衡的p *=6.7kN/m 2。 求：k y 、K x 、K y 。（液相总浓度C 按纯水计为55.6 kmol/m 3） j06a10109 有一逆流填料吸收塔，塔径为0.5m ，用纯溶剂吸收混合气中的溶质。入塔(惰性/混合？？)气体量为100kmol/h ，，溶质浓度为0.01（摩尔分率），回收率要求达到90% ，液气比为1.5，平衡关系y =x 。试求： ① 液体出塔浓度； ② 测得气相总体积传质系数K y a=0.10kmol/（m 3·s ），问该塔填料层高度为多少？ (提示：N OG =1/(1-S )ln[(1-S )(y 1-m x 1)/(y 2-m x 2)+S ]) j06b10011 当系统服从亨利定律时，对同一温度和液相浓度，如果总压增大一倍则与之平衡的气相浓度（或分压）(A) y 增大一倍；(B) p 增大一倍；(C) y 减小一倍；(D) p 减小一倍。 j06b10019 按图示流程画出平衡线与操作线示意图： 1. ⑴低浓度气体吸收 2. ⑴低浓度气体吸收 ⑵部分吸收剂循环 ⑵气相串联 ⑶L ＝V 液相并联 L ＝V j06b10022 化工原理（天津大学第二版）下册部分答案 第8章 2. 在温度为25 ℃及总压为 kPa 的条件下，使含二氧化碳为%（体积分数）的混合空气与含二氧化碳为350 g/m 3的水溶液接触。试判断二氧化碳的传递方向，并计算以二氧化碳的分压表示的总传质推动力。已知操作条件下，亨 利系数51066.1?=E kPa ，水溶液的密度为 kg/m 3。 解：水溶液中CO 2的浓度为 对于稀水溶液，总浓度为 3t 997.8kmol/m 55.4318 c ==kmol/m 3 水溶液中CO 2的摩尔分数为 由 54* 1.6610 1.44310kPa 23.954p Ex -==???=kPa 气相中CO 2的分压为 t 101.30.03kPa 3.039p p y ==?=kPa < *p 故CO 2必由液相传递到气相，进行解吸。 以CO 2的分压表示的总传质推动力为 *(23.954 3.039)kPa 20.915p p p ?=-=-=kPa 3. 在总压为 kPa 的条件下，采用填料塔用清水逆流吸收混于空气中的氨气。测得在塔的某一截面上，氨的气、液相组成分别为0.032y =、3 1.06koml/m c =。气膜吸收系数k G =×10-6 kmol/(m 2skPa)，液膜吸收系数k L =×10-4 m/s 。假设操作条件下平衡关系服从亨利定律，溶解度系数H ＝ kmol/(m 3kPa)。 （1）试计算以p ?、c ?表示的总推动力和相应的总吸收系数； （2）试分析该过程的控制因素。 解：(1) 以气相分压差表示的总推动力为 t 1.06*(110.50.032)kPa 2.0740.725 c p p p p y H ?=-=- =?-=kPa 其对应的总吸收系数为 6G 1097.4-?=K kmol/(m 2skPa) 以液相组成差表示的总推动力为 其对应的总吸收系数为 （2）吸收过程的控制因素 气膜阻力占总阻力的百分数为 气膜阻力占总阻力的绝大部分，故该吸收过程为气膜控制。 4. 在某填料塔中用清水逆流吸收混于空气中的甲醇蒸汽。操作压力为 kPa ，操作温度为25 ℃。在操作条件下平衡关系符合亨利定律，甲醇在水中的溶解度系数为 kmol/(m 3kPa)。测得塔内某截面处甲醇的气相分压为 kPa ，液相组成为 kmol/m 3，液膜吸收系数k L =×10-5 m/s ，气相总吸收系数K G ＝×10-5 kmol/(m 2skPa)。求该截面处（1）膜吸收系数k G 、k x 及k y ；（2）总吸收系数K L 、K X 及K Y ；（3）吸收速率。 解：(1) 以纯水的密度代替稀甲醇水溶液的密度，25 ℃时水的密度为 0.997=ρkg/m 3 溶液的总浓度为 模拟试题一 1当地大气压为 745mmHg 测得一容器内的绝对压强为 350mmHg 则真空度为395 mmH?测得另一容器内的表压 强为1360 mmHg 则其绝对压强为 2105mmHg _____ 。 2、 流体在管内作湍流流动时，在管壁处速度为 _0 _______，临近管壁处存在层流底层，若 Re 值越大，则该层厚度 越薄 3、 离心泵开始工作之前要先灌满输送液体，目的是为了防止 气缚 现象发生；而且离心泵的安装高度也不能 够太高，目的是避免 汽蚀 现象发生。 4 、离心泵的气蚀余量越小，则其抗气蚀性能 越强 。 5、 在传热实验中用饱和水蒸汽加热空气，总传热系数 K 接近于 空气 侧的对流传热系数，而壁温接近于 饱和水蒸汽 侧流体的温度值。 6、 热传导的基本定律是 傅立叶定律。间壁换热器中总传热系数K 的数值接近于热阻 大 （大、小）一侧的：?值。 间壁换热器管壁温度t w 接近于：.值 大 （大、小）一侧的流体温度。由多层等厚平壁构成的导热壁面中，所用材料的 导热系数愈小，则该壁面的热阻愈 大 （大、小），其两侧的温差愈 大 （大、小）。 7、 Z= （V/K v a. Q ） .（y 1 -丫2 ）/ △ Y m 式中：△ Y m 称 气相传质平均推动力 ，单位是kmol 吸 收质/kmol 惰气;（Y i — Y 2） / △ Y m 称 气相总传质单元数。 8、 吸收总推动力用气相浓度差表示时，应等于 气相主体摩尔浓度 和同液相主体浓度相平衡的气相浓度之 差。 9、 按照溶液在加热室中运动的情况，可将蒸发器分为循环型和非循环型两大类。 10、 蒸发过程中引起温度差损失的原因有：溶液蒸汽压下降、加热管内液柱静压强、管路阻力。 11、工业上精馏装置，由精馏^_塔、冷凝器、再沸器等构成。 12、分配系数k A 是指y A /X A ，其值愈大，萃取效果 量传递相结合的过程。 1、气体在直径不变的圆形管道内作等温定态流动，则各截面上的（ 6、某一套管换热器，管间用饱和水蒸气加热管内空气（空气在管内作湍流流动） 13、萃取过程是利用溶液中各组分在某种溶剂中 溶解度的差异 而达到混合液中组分分离的操作。 14、在实际的干燥操作中，常用 干湿球温度计来测量空气的湿度。 15、对流干燥操作的必要条件是 湿物料表面的水汽分压大于干燥介质中的水分分压 ;干燥过程是热量传递和质 越好。 A. 速度不等 B.体积流量相等 C. 速度逐渐减小 D.质量流速相等 2、装在某设备进口处的真空表读数为 -50kPa ，出口压力表的读数为 100kPa , 此设备进出口之间的绝对压强差为 A. 50 B . 150 C . 75 D .无法确定 3、离心泵的阀门开大时，则（ B ）。A ?吸入管路的阻力损失减小 .泵出口的压力减小 C .泵入口处真空度减小 .泵工作点的扬程升高 4、下列（A ）不能实现对往复泵流量的调节。 A .调节泵出口阀的开度 ?旁路调节装置 C .改变活塞冲程 ?改变活塞往复频率 5、已知当温度为 T 时，耐火砖的辐射能力大于铝板的辐射能力，则铝的黑度（ ）耐火砖的黑度。 A.大于 .等于 C .不能确定 D .小于 ，使空气温度由20 C 升至80 C, 下册第一章蒸馏 1. 苯酚(C 6H 5OH)(A )和对甲酚(C 6H 4(CH 3)OH)(B )的饱和蒸气压数据为 试按总压P =75mmHg(绝压)计算该物系的“t-x-y ”数据, 此物系为理想体系。 解： 总压 P=75mmHg=10kp 。 由拉乌尔定律得出 0 A p x A ＋0 B p x B =P 所以 x A = 000B A B p p p p --；y A =p p A 00B A B p p p p --。 因此所求得的t-x-y 数据如下： t, ℃ x y 1 1 0 0. 2. 承接第一题，利用各组数据计算 （1）在x=0至x=1范围内各点的相对挥发度i α,取各i α的算术平均值为α，算出α对i α的最大相对误差。 （2）以平均α作为常数代入平衡方程式算出各点的“y-x ”关系,算出由此法得出的各组 y i 值的最大相对误差。 解： （1）对理想物系，有 α＝00 B A p p 。所以可得出 t, ℃ i α 算术平均值α= 9 ∑i α=。α对i α的最大相对误差＝ %6.0%100)(max =?-α ααi 。 （2）由x x x x y 318.01318.1)1(1+=-+= αα得出如下数据： t, ℃ x 1 0 y 1 0 各组y i 值的最大相对误差==?i y y max )(%。 3.已知乙苯(A )与苯乙烯(B )的饱和蒸气压与温度的关系可按下式计算: 95.5947 .32790195.16ln 0 -- =T p A 72 .6357.33280195.16ln 0 --=T p B 式中 0 p 的单位是mmHg,T 的单位是K 。 第一章流体流动 1.牛顿粘性定律： 2.静力学基本方程： 3. 4.流速与流量的关系： 5.连续性方程：对于不可压缩流体： 6.伯努力方程： 7.雷诺数平板：直圆管： 8.圆管层流的速度分布 9.圆管湍流的速度分布 (n通常取1/7) 10.动能校正系数注： 层流时：湍流时： 11.圆管湍流时的平均速度： 12.哈根—泊谡叶方程： 13.阻力损失其中层流时：湍流时：查图 14.非圆形直管的当量直径 16.局部阻力损失 17.伯努力方程（机械能衡算） 18.流速和流量的测定 皮托管：孔板流量计：文丘里流量计： 转子流量计： 转子流量计的刻度换算： 第二章流体流动机械 1.离心泵的功率 2.离心泵的轴功率 3.影响因素：密度： 粘度： 转速： 叶轮直径： 4.汽蚀余量： 5.最大安装高度： 第三章液体的搅拌 1.功率特征常数： 2.搅拌雷诺数： 3. 4.搅拌器的放大 原则：几何相似（Re）、运动相似（Fr）、动力相似（We）、热相似 ○1.○2. ○3. ○4.○5.○6. 第四章流体通过颗粒层的流动 1.床层空隙率： 2.床层比表面积： 3.床层当量直径： 4.床层压降： 5.床层雷诺数： 6. 7.(Re’=0.17~420)欧根方程： 当Re’<3时，等式右方第二项可以略去 当Re’>100时，右方第一项可以略去 8.过滤速度： 9.滤饼厚度：其中体积分数 10.过滤速度：令 11.过滤基本方程：，其中 12.恒速过滤： 13.恒压过滤： 14.先恒速后恒压： 15.洗涤时间： 16.板框压滤机的洗涤时间： 17.间歇式过滤机的生产能力： 18.回转真空过滤机： 第五章颗粒的沉降与流态化 1. 2. 3. 4. 5.当颗粒直径较小时，位于Stocks区 当颗粒直径较大时，位于Newton区 6.K判值法： Stocks区：K<2.62(3.3) Newton区:K<4.36(69.12) 7.降尘室的生产能力： 8.离心沉降：将重力沉降中的g改为 第六章传热 一、热传导（无内热源） 化工原理试卷及答案 1填空题（每空 1 分，共 20 分） 1．某容器内的绝对压强为200 kPa ，当地大气压为101.3 kPa ，则表压为______。 2．在重力沉降操作中，影响沉降速度的因素主要有 、 和 。 3．热量传递的基本方式有 、 和 。 4．吸收因子A 可表示为 ，它是 与 的比值。 5．空气的干球温度为t ，湿球温度为t w ，露点温度为t d ，当空气的相对湿度等于1时，则t 、 t w 和t d 的大小关系为 。 6．吸收操作一般用于分离 混合物，其原理是利用原料中各组分 差异来达到分离的目的；精馏操作则一般用于分离 混合物，其原理是利用原料中各组分的 差异来达到分离的目的。 7．恒定干燥条件下的干燥速率曲线一般包括 阶段和 阶段。 8．全回流（R = ∞）时，精馏段操作线的斜率为 ，提馏段操作线的斜率为 ，对相同的x D 和x W ，部分回流比全回流所需的理论板数 。 一、 选择题（每小题 2 分，共 20 分） 1．不可压缩流体在圆管内作稳定流动，流动速度与管径的关系是 （ ） A . 21221()u d u d = B ．2112 2 ()u d u d = C ． 11 22 u d u d = D ． 12 21 u d u d = 2．离心泵的特性曲线是在哪种情况下测定 （ ） A ．效率一定 B ．功率一定 C ．转速一定 D ．管路（l +∑l e ）一定 3． 对一台正在工作的列管式换热器，已知α1＝11600 W?m -2?K -1 ，α2＝116 W?m -2?K -1，要提高总传热系数K ，最简单有效的途径是 （ ） A ．设法增大α1 B ．设法增大α2 C ．同时增大α1和α2 D ．不确定 4．在降尘室内，要使微粒从气流中除去的条件是 （ ） 化工原理试题库（下册） 第一章 蒸馏 一、 选择题 1. 当二组分液体混合物的相对挥发度为___C____时，不能用普通精馏方法分离。 A.3.0 B.2.0 C.1.0 D.4.0 2. 某精馏塔用来分离双组分液体混合物，进料量为100kmol/h ，进料组成为0.6 ,要求塔顶 产品浓度不小于0.9，以上组成均为摩尔分率，则塔顶产品最大产量为____B______。 A.60.5kmol/h B.66.7Kmol/h C.90.4Kmol/h D.不能确定 3. 在t-x-y 相图中，液相与气相之间量的关系可按____D____求出。 A.拉乌尔定律 B.道尔顿定律 C.亨利定律 D.杠杆规则 4. q 线方程一定通过X —y 直角坐标上的点___B_____。 A.(Xw,Xw) B(XF,XF) C(XD,XD) D(0,XD/(R+1)) 5. 二元溶液的连续精馏计算中，进料热状态参数q 的变化将引起（ B ）的变化。 Ａ.平衡线 Ｂ.操作线与q 线 Ｃ.平衡线与操作线 Ｄ.平衡线与q 线 6. 精馏操作是用于分离（ B ）。 Ａ.均相气体混合物 Ｂ.均相液体混合物 Ｃ.互不相溶的混合物 Ｄ.气—液混合 物 7. 混合液两组分的相对挥发度愈小，则表明用蒸馏方法分离该混合液愈__B___。 A 容易； B 困难； C 完全； D 不完全 8. 设计精馏塔时，若Ｆ、x F 、xD 、xW 均为定值，将进料热状况从q=1变为q>1，但回流比取 值相同，则所需理论塔板数将___B____，塔顶冷凝器热负荷___C___ ，塔釜再沸器热负荷 ___A___。 A 变大， B 变小， C 不变， D 不一定 9. 连续精馏塔操作时，若减少塔釜加热蒸汽量，而保持馏出量Ｄ和进料状况（F, xF,q ）不 变时，则L/V___B___ ，L′/V′___A___，x D ___B___ ，x W ___A___ 。 A 变大， B 变小， C 不变， D 不一定 10. 精馏塔操作时，若Ｆ、x F 、q ，加料板位置、Ｄ和Ｒ不变，而使操作压力减小，则x D ___A___， x w ___B___。 j06a10013 用不含溶质的吸收剂吸收某气体混合物中的可溶组分A，在操作条件下，相平衡关系为Y=mX。试证明：(L/V)min ＝mη，式中η为溶质A的吸收率。 j06a10103 一逆流操作的常压填料吸收塔，用清水吸收混合气中的溶质A，入塔气体中含A 1%(摩尔比)，经吸收后溶质A 被回收了80%，此时水的用量为最小用量的1.5倍，平衡线的斜率为1，气相总传质单元高度为1m，试求填料层所需高度。 j06a10104 在常压逆流操作的填料吸收塔中用清水吸收空气中某溶质A，进塔气体中溶质A的含量为8%（体积%），吸收率为98%，操作条件下的平衡关系为y=2.5x，取吸收剂用量为最小用量的1.2倍，试求： ①水溶液的出塔浓度； ②若气相总传质单元高度为0.6 m，现有一填料层高为6m的塔，问该塔是否合用？ 注：计算中可用摩尔分率代替摩尔比，用混合气体量代替惰性气体量，用溶液量代替溶剂量。 j06a10105 在20℃和760 mmHg，用清水逆流吸收空气混合气中的氨。混合气中氨的分压为10mmHg，经吸收后氨的分压下降到0.051 mmHg。混合气体的处理量为1020kg/h，其平均分子量为28.8，操作条件下的平衡关系为y=0.755x。 若吸收剂用量是最小用量的5 倍，求吸收剂的用量和气相总传质单元数。 j06a10106 在常压逆流操作的填料塔内，用纯溶剂S 吸收混合气体中的可溶组分A。入塔气体中A的摩尔分率为0.03，要求吸收率为95%。已知操作条件下的解吸因数为0.8，物系服从亨利定律，与入塔气体成平衡的液相浓度为0.03(摩尔分率)。试计算： ①操作液气比为最小液气比的倍数； ②出塔液体的浓度； ③完成上述分离任务所需的气相总传质单元数N OG。 j06a10107 某厂有一填料层高为3m 的吸收塔，用水洗去尾气中的公害组分A。测 得浓度数据如图，相平衡关系为y=1.15x。 试求：该操作条件下，气相总传质单元高度H OG为多少m ？ 参见附图：j06a107.t j06a10108 总压100kN/m2，30℃时用水吸收氨，已知k G=3.84?10-6kmol/[m2·s(kN/m2)]， k L=1.83?10-4kmol/[m2·s(kmol/m3)]，且知x=0.05时与之平衡的p*=6.7kN/m2。 求：k y、K x、K y。（液相总浓度C 按纯水计为55.6 kmol/m3） j06a10109 有一逆流填料吸收塔，塔径为0.5m，用纯溶剂吸收混合气中的溶质。入塔(惰性/混合？？)气体量为100kmol/h，，溶质浓度为0.01（摩尔分率），回收率要求达到90% ，液气比为1.5，平衡关系y=x。试求： ①液体出塔浓度； ②测得气相总体积传质系数K y a=0.10kmol/（m3·s），问该塔填料层高度为多少？ (提示：N OG=1/(1-S)ln[(1-S)(y1-m x1)/(y2-m x2)+S]) j06b10011 当系统服从亨利定律时，对同一温度和液相浓度，如果总压增大一倍则与之平衡的气相浓度（或分压）(A) y 增大一倍；(B) p增大一倍；(C) y减小一倍；(D) p减小一倍。 j06b10019 按图示流程画出平衡线与操作线示意图： 1. ⑴低浓度气体吸收 2. ⑴低浓度气体吸收 ⑵部分吸收剂循环⑵气相串联 第一章 流体流动与输送机械 1. 流体静力学基本方程：gh p p ρ+=02 2. 双液位U 型压差计的指示: )21(21ρρ-=-Rg p p ) 3. 伯努力方程：ρ ρ2 22212112121p u g z p u g z + +=++ 4. 实际流体机械能衡算方程：f W p u g z p u g z ∑+++=++ρ ρ2 22212112121+ 5. 雷诺数：μ ρ du =Re 6. 范宁公式：ρρμλf p d lu u d l Wf ?==??=2 2322 7. 哈根-泊谡叶方程：2 32d lu p f μ=? 8. 局部阻力计算：流道突然扩大：2 211? ?? ? ? -=A A ξ流产突然缩小：??? ??-=2115.0A A ξ 第二章 非均相物系分离 1. 恒压过滤方程：t KA V V V e 2 22=+ 令A V q /=，A Ve q e /=则此方程为：kt q q q e =+22 第三章 传热 1. 傅立叶定律：n t dA dQ ??λ-=，dx dt A Q λ-= 2. 热导率与温度的线性关系：)1(0t αλλ+= 3. 单层壁的定态热导率：b t t A Q 21-=λ，或m A b t Q λ?= 4. 单层圆筒壁的定态热传导方程： )ln 1(21 2 21r r t t l Q λπ-=或m A b t t Q λ21-= 5. 单层圆筒壁内的温度分布方程：C r l Q t +- =ln 2λ π（由公式4推导） 6. 三层圆筒壁定态热传导方程：3 412321214 1ln 1 ln 1ln 1(2r r r r r r t t l Q λλλπ++-= 7. 牛顿冷却定律：)(t t A Q w -=α，)(T T A Q w -=α 8. 努塞尔数λαl Nu =普朗克数λμ Cp =Pr 格拉晓夫数2 23μρβtl g Gr ?= 9. 流体在圆形管内做强制对流： 10000Re >，1600Pr 6.0<<，50/>d l k Nu Pr Re 023.08.0=，或k Cp du d ??? ? ????? ??=λμμρλα8 .0023.0，其中当加热时，k=0.4，冷却时k=0.3 化工原理试题库 试题一 一：填空题（18分） 1、 某设备上，真空度的读数为80mmHg ，其绝压=________02mH =__________Pa. 该地区的大气压为 720mmHg 。 2、 常温下水的密度为1000 3m Kg ，粘度为1cp ，在mm d 100=内的管内以s m 3 速度流动，其流动类 型为 ______________。 3、 流体在管内作湍流流动时，从中心到壁可以__________.___________._ _________________. 4、 气体的粘度随温度的升高而_________，水的粘度随温度的升高_______。 5、 水在管路中流动时，常用流速范围为_______________s m ,低压气体在管路中流动时，常用流速范 围为_______________________s m 。 6、 离心泵与往复泵的启动与调节的不同之处是：离心泵_________________. __________________.往复泵___________________.__________________. 7、在非均相物糸中，处于____________状态的物质，称为分散物质，处于 __________状态的物质，称为分散介质。 8、 间竭过滤操作包括______._______.________._________.__________。 9、 传热的基本方式为___________.______________.__________________。 10、工业上的换热方法有_________.__________.__________.____________。 11、α称为_______________，其物理意义为____________________________. __________________________，提高管内α值的有效方法____________. 提高管外α值的有效方法______________________________________。 12、 蒸汽冷凝有二种方式，即_____________和________________ 。其中， 由于_________________________________________，其传热效果好。 K Kg Kj C C .187.4==冷水热水 试题一答案： 一、 填充题 1、8.7m 02H ,pa 41053.8?. 2、53 10310.11000.3.1.0?== = -μ ρ du R e 湍流。 1、 层流、过渡流和湍流。 2、 增加、降低。 3、 3-8s m 、8-15s m 。 4、 启动前应灌满液体，关出口阀门、用调节阀调节流量；往复泵启动前不需灌液，开旁路阀、用旁 路阀来调节流量的。 5、 分散、连续。 6、 过滤、洗涤、卸渣、清洗滤布、重整。 7、 热传导、对流传热、热辐射。 10、间壁式、混合式、蓄热式、热管。 11、称为对流传热膜糸数。当流体与壁面温度差为1K 时，通过单位面积单位时间内所传递热量的多少。增加流程、加拆流挡板。 12、滴状冷凝和膜状冷凝。滴状冷凝成小液滴沿壁面直接落下。 试题二化工原理下册答案
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